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桁架機械手動態特性有限元分析-模態分析法

返回列表 來源:桁架機械手-庫比克機械手 瀏覽:95 發布日期:2018-04-26 14:29:11

桁架機械手是發動機缸體缸蓋柔性生產線中物流輸送系統中的一個重要組成部分,其在高空中把被加工零件從一臺機床運送到另一臺機床上,并執行機床的自動上下料。如下圖所示,桁架機械手采用龍門式結構,由Y向橫梁與導軌、Z向滑枕、十字滑座、立柱、過渡連接板和基座等部分組成,Y軸和Z軸皆采用滾輪導軌和齒輪齒條傳動系統,并安裝在高強度的鋁型材基礎上。該桁架機械手的主要技術參數如下:

(1)行程: Y軸: 8000mm; Z軸: 1000mm
(2)大移動速度: Y軸:120m/min; Z軸: 60m/min
(3)大加速度: Y軸: 4m/s2 ; Z軸: 2.6m/s2
(4)抓取質量: 105kg
 
桁架機械手的工作狀態和使用壽命同其結構的動態特性有很大的關系,因此有必要對其進行詳細的動態特性分析。動態特性的理論分析和實驗研究,采用的主要方法是模態分析法,包含如下三大部分:
一:靜剛度分析
靜剛度是衡量桁架機械手性能優劣的一個重要指標。根據上圖中的桁架機械手的結構來判斷,當滑枕沿豎直方向移動到下端時,其伸出量大,此時變形也大,所以整機的靜剛度分析選擇此時機械手的位置來計算,可計算出滑枕下端沿各個軸向的靜位移量:
X軸向:0.210mm
Y軸向:0.190mm
Z軸向:0.010mm
由計算結果可知,整個機構在X方向的變形量大,剛度較弱,這是由于滑枕承載時,橫梁產生了扭曲變形所致。同時滑枕也是該機械手靜剛度的薄弱環節,可以采用加強筋或增加滑枕鋁型材的壁厚等措施來提高靜剛度。
 
二:模態分析
模態分析用于確定結構的固有頻率和振型,其作用不僅是為了避免各機械零件和結構在工作時發生共振,而且是分析結構動態響應和其它動力特性的基礎。比如橫梁水平方向的彎曲振動和橫梁的扭矩變形的模態分析:
 
根據上述模態分析圖可進行分析,橫梁較低的彎曲剛度給系統動態特性帶來的影響大。由于十字滑座和滑枕隨著橫梁一起振動和扭曲,將影響安裝在滑枕下端機械手部的定位精度,導致機械手在上下料時產生較大的偏差,從而影響工件在機床上的準確定位。此外,橫梁的彎曲變形和扭曲變形直接影響固定在橫梁上的導軌的直線度和平行度,也對機械手的定位精度產生影響。
 
三:頻響應分析
模態分析可得到桁架機械手的模態振型,但這僅表示機械手各部位的相對振動情況,如果把外力激勵再考慮進去,就可確認各階模態振型對整機振動作用的大小,因此對桁架機械手進行頻響應特性分析就能更清楚的看出機械手在動態載荷下的抗振性能:移動部件沿橫梁導軌的頻繁啟停以及滑枕的上下往復運動都容易引起共振,因而整個機械手控制系統的設計應盡量避免共振的發生,防止由于機械手的滑枕振動過大而導致裝卸工件時定位不準確。

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